Siekdama iki 2050 m. tapti neutralia klimatui, Europos Sąjunga pradėjo dvi plataus užmojo programas: žaliąjį kursą.
Stebėjimo duomenys bus nuolat įvestiskaitmeninis dvynis, kad skaitmeninis Žemės modelis būtų tikslesnis, kad būtų galima sekti evoliuciją ir numatyti galimas būsimas pokyčių trajektorijas. Tačiau be stebėjimo duomenų, paprastai naudojamų orui ir klimatui modeliuoti, mokslininkai taip pat nori į modelį integruoti naujus duomenis apie svarbią žmogaus veiklą. Naujasis Žemės sistemos modelis parodys praktiškai visus planetos paviršiaus procesus kiek įmanoma realistiškiau, įskaitant žmogaus įtaką vandens išteklių, maisto ir energijos valdymui, taip pat procesus fizinėje sistemoje.
Skaitmeninis dvynys siekia būti informacine sistema, kuri kuria ir išbando scenarijus, rodančius tvaresnį vystymąsi ir taip geriau informuojančią politiką.
„Pavyzdžiui, jei planuojate statytidviejų metrų užtvankos Nyderlanduose, galiu pažvelgti į savo skaitmeninio dvynio duomenis ir patikrinti, ar užtvanka vis dar apsaugos nuo numatomų ekstremalių įvykių 2050 m.
Peteris Baueris yra Europos vidutinio nuotolio orų prognozių centro (ECMWF) direktoriaus pavaduotojas tyrimams ir vienas iš „Destination Earth“ iniciatorių.
Skaitmeninis dvynys taip pat bus naudojamas strateginiam gėlo vandens ir maisto tiekimo arba vėjo ir saulės jėgainių planavimui.
Tyrėjai sako, į ką reikėtų atsižvelgtipastovus orų modelių vystymasis nuo 1940 m. Meteorologai pirmieji pradėjo modeliuoti fizinius procesus didžiausiuose pasaulio kompiuteriuose. Šiandienos oro ir klimato modeliai yra idealūs apibrėžiant visiškai naujus efektyvaus superkompiuterių naudojimo būdus daugeliui kitų mokslo sričių.
Anksčiau modeliuojant orą ir klimatąpanaudojo skirtingus požiūrius į Žemės sistemos modeliavimą. Nors klimato modeliai atspindi labai platų fizinių procesų spektrą, jie paprastai neatsižvelgia į nedidelio masto procesus, reikalingus tikslesnėms orų prognozėms, kurie savo ruožtu orientuojasi į mažiau procesų. Skaitmeninis dvynis sujungs abi sritis ir leis imituoti sudėtingus visos Žemės sistemos procesus didele raiška. Tačiau norint tai padaryti, modeliavimo programų kodai turi būti pritaikyti naujoms technologijoms, kurios žada daug didesnę skaičiavimo galią.
Su prieinamais kompiuteriais ir algoritmaisšiandien vargu ar galima atlikti labai sudėtingus modeliavimus suplanuota itin didele vieno kilometro skiriamąja geba, nes dešimtmečius kodų kūrimas kompiuterių mokslo požiūriu stringa. Klimato tyrimams naudinga galimybė pagerinti našumą naudojant naujos kartos procesorius, nereikalaujant iš naujo peržiūrėti savo programos. Šis nemokamas našumas su kiekvienos naujos kartos procesoriais buvo sustabdytas maždaug prieš 10 metų. Todėl šiuolaikinės programos dažnai gali naudoti tik 5% maksimalaus įprastų procesorių našumo.
Norėdami pasiekti būtinų patobulinimų, mokslininkaipabrėžti bendradarbiavimo projektavimo, tai yra bendro ir tuo pačiu metu kuriamos aparatūros ir algoritmų, poreikį, kurį mokslininkų komanda sėkmingai įrodė per pastaruosius dešimt metų. Jie siūlo ypatingą dėmesį skirti bendroms duomenų struktūroms, optimizuotai apskaičiuoto tinklelio erdvinei atrankai ir laiko žingsnių ilgių optimizavimui. Mokslininkai taip pat nori atsieti kodus mokslinei problemai spręsti nuo kodų, kurie atlieka optimalų skaičiavimą atitinkamoje sistemos architektūroje. Ši lankstesnė programos struktūra leis greičiau ir efektyviau pereiti prie būsimų architektūrų.
Autoriai taip pat mato didelį potencialądirbtinis intelektas. Jis gali būti naudojamas, pavyzdžiui, duomenims įsisavinti arba stebėjimo duomenims apdoroti, modeliuose pateikti neapibrėžtus fizinius procesus ir suspausti duomenis. Taigi, dirbtinis intelektas gali pagreitinti modeliavimą ir iš didelio duomenų kiekio išfiltruoti svarbiausią informaciją. Be to, mokslininkai teigia, kad naudojant mašininį mokymąsi skaičiavimai tampa ne tik efektyvesni, bet ir tiksliau aprašomi fiziniai procesai.
Mokslininkai peržiūri savo strateginį dokumentąkaip atspirties taškas kuriant skaitmeninį Žemės dvynį. Tarp šiandien prieinamų ir artimiausiu metu planuojamų kompiuterių architektūrų superkompiuteriai, pagrįsti grafikos procesoriais (GPU), yra perspektyviausias pasirinkimas. Tyrėjai mano, kad visapusiškam skaitmeniniam dvynukui reikės sistemos, turinčios maždaug 20 000 GPU ir apytiksliai 20 megavatų galios. Tiek dėl ekonominių, tiek dėl aplinkosaugos priežasčių toks kompiuteris turi veikti tokioje vietoje, kur gaunama pakankamai CO2 naudojant neutralią CO2 energiją.
Taip pat skaitykite:
Fizikai sukūrė juodosios skylės analogą ir patvirtino Hawkingo teoriją. Kur jis veda?
Mokslininkai atrado greičio apribojimą kvantiniame pasaulyje.
Abortas ir mokslas: kas nutiks gimdantiems vaikams.